Ani čas nemusí byť dokonale presný. Nový výskum ukazuje zvláštnu vlastnosť reality
Vedci zistili, že čas nemusí byť úplne presný. Nový výskum naznačuje, že na kvantovej úrovni môže mať svoju vlastnú mieru neistoty.
Čas vnímame ako jednu z najistejších vecí v živote. Sekundy pribúdajú jedna za druhou, hodiny ukazujú presný údaj a najmodernejšie atómové hodiny dokážu merať čas s neuveriteľnou presnosťou. Nová práca fyzikov však priniesla zvláštnu otázku, čo ak samotný čas nie je dokonale presný?
Medzinárodný tím vedcov sa pod vedením Nicolu Bortolottiho z Enrico Fermi Museum and Research Centre v Ríme zaoberal teóriami, ktoré patria medzi alternatívy k štandardnej kvantovej mechanike. Ich výpočty naznačili, že za určitých podmienok môže mať čas vlastnú základnú mieru neistoty, píše Science Daily.
Nejde o chybu hodín ani o problém, ktorý by si si niekedy všimol pri bežnom meraní. Predpovedaný efekt je totiž taký malý, že ho nedokážu zachytiť ani najpresnejšie dnešné atómové hodiny. Napriek tomu výsledok zaujal fyzikov, pretože môže súvisieť s jedným z najväčších problémov modernej fyziky.
Keď sa kvantový svet rozhodne sám
Kvantová mechanika priniesla predstavu sveta, ktorý sa výrazne líši od každodennej skúsenosti. Kvantová častica môže pred meraním existovať v superpozícii viacerých možných stavov. Fyzici tento stav opísali pomocou vlnovej funkcie, ktorá obsahuje jednotlivé možnosti výsledku. Pri meraní však dostaneme konkrétny výsledok. Štandardná kvantová mechanika tento prechod opisuje kolapsom vlnovej funkcie. Niektorí fyzici však už od 80. rokov skúmali modely, podľa ktorých na kolaps nemusí byť potrebný pozorovateľ ani meracie zariadenie. Kvantový stav by sa podľa nich mohol spontánne zrútiť do konkrétneho výsledku.
Takéto teórie sa označujú ako modely kvantového kolapsu. Od bežných interpretácií kvantovej mechaniky sa líšia tým, že neponúkajú iba iný pohľad na existujúcu teóriu. Predpovedajú aj fyzikálne dôsledky, ktoré by sa v princípe dali experimentálne overiť. Bortolotti a jeho kolegovia preskúmali dva takéto modely. Jeden z nich poznáme ako Diósiho-Penroseov model, ktorý spája kolaps kvantových stavov s gravitáciou. Druhý nesie názov Continuous Spontaneous Localization, skrátene CSL.
Neprehliadni
Práve pri modeli CSL vedci po prvýkrát vytvorili kvantitatívne spojenie medzi jeho predpoveďami a gravitačnými fluktuáciami časopriestoru.
„Vzali sme vážne myšlienku, že modely kolapsu môžu súvisieť s gravitáciou. Potom sme si položili veľmi konkrétnu otázku: čo z toho vyplýva pre samotný čas?“ vysvetlil Bortolotti.
Casey Horner), Pixabay (geralt), Úprava: Vosveteit.sk
Čas možno nemá nekonečnú presnosť
Výsledok výpočtov priniesol pozoruhodnú možnosť. Ak sú tieto modely správne, čas nemusí predstavovať dokonale presnú veličinu. Môže obsahovať nepatrnú základnú neistotu, ktorú nemožno odstrániť ani použitím dokonalejšieho meracieho prístroja. To však neznamená, že sa naše hodiny zrazu začnú oneskorovať alebo ukazovať náhodné hodnoty. Predpovedaná neistota je extrémne malá.
„Táto neistota leží o mnoho rádov pod hranicou toho, čo dnes dokážeme zmerať, takže nemá žiadne praktické dôsledky pre každodenné meranie času,“ uviedla Catalina Curceanu z Laboratori Nazionali di Frascati.
Výsledok teda nijako nespochybňuje presnosť moderných hodín. Atómové hodiny naďalej patria medzi najpresnejšie meracie zariadenia, aké ľudstvo vytvorilo. Nová práca skôr naznačuje, že niekde pod hranicou ich súčasných možností môže existovať fundamentálny limit.
Výskum sa totiž dotýka otázky, ktorú fyzici riešia už desaťročia: ako spojiť kvantovú mechaniku s Einsteinovou všeobecnou teóriou relativity. Kvantová mechanika mimoriadne presne opisuje svet atómov a elementárnych častíc. Všeobecná relativita zase vysvetľuje gravitáciu a správanie priestoru a času na veľkých škálach. Obe teórie prinášajú fantasticky presné predpovede. Problém nastáva pri pokuse spojiť ich do jedného opisu reality. Dôvod súvisí aj so samotným časom. V štandardnej kvantovej mechanike vystupuje čas ako vonkajší parameter. Všeobecná relativita mu však pripisuje oveľa dynamickejšiu úlohu. Čas a priestor vytvárajú spolu časopriestor, ktorý sa môže meniť v závislosti od hmoty a energie.
„V štandardnej kvantovej mechanike sa čas považuje za vonkajší klasický parameter, ktorý kvantový systém nijako neovplyvňuje,“ vysvetlila Curceanu.
Ak by modely kvantového kolapsu správne zachytili určitú súvislosť medzi gravitáciou a kvantovými stavmi, mohli by preto ponúknuť stopu k hlbšiemu opisu časopriestoru. Zatiaľ však ide o teoretický výsledok, nie o objav, ktorý by experimentálne preukázal, že čas skutočne „kolíše“. Predpoveď bude potrebné v budúcnosti porovnať s dostatočne presnými meraniami.
Experiment môže rozhodnúť
Práve možnosť experimentálneho overenia dáva výskumu ďalší význam. Modely kvantového kolapsu totiž vytvárajú predpovede, ktoré sa v určitých detailoch líšia od štandardnej kvantovej mechaniky. Ak by fyzici raz dokázali dosiahnuť dostatočnú presnosť, mohli by hľadať práve tieto drobné odchýlky. Ich zachytenie by poskytlo dôkaz, že za štandardným kvantovým opisom sa skrýva ďalší fyzikálny mechanizmus. Naopak, ak by sa žiadny podobný efekt neobjavil ani pri podstatne presnejších experimentoch, niektoré verzie týchto modelov by sa dostali pod väčší tlak.
Výskum preto nehovorí, že čas prestal byť spoľahlivý. Skôr ukazuje, že pri dostatočne hlbokom pohľade môže mať aj taká základná veličina, akou je čas, svoje fyzikálne limity. Tie sú zatiaľ úplne mimo dosahu našich technológií, no budúce experimenty môžu ukázať, či ide iba o dôsledok matematického modelu, alebo o skutočnú vlastnosť prírody.
